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2019 年度 実績報告書

非線形ダイナミクスを活用したマイクロ運動機関の創出

研究課題

研究課題/領域番号 16K13655
研究機関同志社大学

研究代表者

吉川 研一  同志社大学, 研究開発推進機構, 客員教授(嘱託研究員) (80110823)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワードミクロ直流モータ / 直流ポンプ / ミクロ直流モータ / 非線形発振 / limit cycle / 分岐現象 / 無接点モータ / 化学-機械エネルギー変換
研究実績の概要

研究期間全体を通じて、「非平衡ゆらぎ」に潜む非線形特性を活用して、cm-mmのレベルで滑らかな仕事をさせることが可能であるような、運動機関の創出を目指した研究を行なった。具体的には、1)直流電場で働く回転モータ・流体ポンプ、2)光照射による物体運動制御・流体ポンプ、3)常温での化学→運動エネルギー変換システム、の研究課題について、いずれも、当初の予想を上回る、新規な運動系の構築に成功している。本年度には、これまでの研究を通して、レーザーを水溶液に照射することにより、レーザの光軸方向に流体運動を起こすことが可能であることが明らかになりつつあったので、その課題を重点的に取り組んだ。金ナノ粒子が溶解した水溶液の、気水界面に対して平行にレーザ光を照射すると、光の進行方向(正の方向)に流体運動が生じることを明らかにした。レーザの照射角度を変えて、気水界面で全反射が生じる条件にすると、光源方向(負の方向)に流体運動が生じることが分かった。すなわち、照射角度を変えることにより、流体運動の方向性を逆転できることを発見した。このような流体運動の運動方向の反転現象のメカニズムを明らかにするために、Navier-Stokes方程式を援用してシミュレーションを行い、実験結果を理論的に再現することができている。すなわち、熱Marangoni効果が、運動をひき起こしていることを解明している。更に重要な実験結果として、固形物体を気水界面に浮遊させ、レーザを照射すると、正と負の方向に、進行方向をスイチングできることも明らかにしている。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 高分子が創り出す“生命らしさ"2020

    • 著者名/発表者名
      吉川研一
    • 雑誌名

      高分子

      巻: 69 ページ: 141~144

  • [雑誌論文] ナノの世界からマクロの世界を動かす:見えない分子から巨視的な動きへ2020

    • 著者名/発表者名
      吉川研一
    • 雑誌名

      CSJカレントレビュー 「有機・無機材料の相転移ダイナミクス」

      巻: 35 ページ: 25~36

  • [雑誌論文] Self-Synchronous Swinging Motion of a Pair of Autonomous Droplets2019

    • 著者名/発表者名
      Sato Shiho、Sakuta Hiroki、Sadakane Koichiro、Yoshikawa Kenichi
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 4 ページ: 12766~12770

    • DOI

      10.1021/acsomega.9b01533

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Self-emergence of primitive cell and cellular mini-organoids under crowding environment2019

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Yoshikawa
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会
    • 招待講演
  • [学会発表] 反応拡散系での時間および空間の離散効果2019

    • 著者名/発表者名
      吉川研一
    • 学会等名
      非線形ソフトマター研究会
    • 招待講演
  • [備考] 同志社大学生命物理科学研究室ホームページ

    • URL

      http://dmpl.doshisha.ac.jp/

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公開日: 2021-01-27  

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